(57)【要約】【課題】  フリップチップとフェイスアップの組み合わせにてなる積層型半導体装置であり、オーバハング構造をとりながら安定したワイヤボンド性を有しかつ小型な積層型半導体装置を提供する。【解決手段】  配線基板１に機能面が対向する形でフリップチップ搭載された第１の半導体素子２と、前記第１の半導体素子２と背中合わせになる形で搭載され、半導体素子上の電極を有する辺が前記第１の半導体素子２より突出した第２の半導体素子４と、前記配線基板１上の第２の電極１ｂと前記第２の半導体素子４上の電極間の電気的接続を行う金属細線６と、前記構成物を保護する形で形成された封止樹脂７と、外部接続用の金属バンプ８とを有し、前記第２の半導体素子４の突出した辺に形成された電極の配列として、前記辺の端部に近い複数の第１の電極１ａは、前記突出した辺の中心部分に配列された第２の電極１ｂより内側に配列されている。【選択図】  図１
2005353704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極とがそれぞれ複数設けられた配線基板と、
前記配線基板に機能面が対向する形でフリップチップ搭載され、前記配線基板上の第１の電極と電気的な接続がなされた第１の半導体素子と、
前記第１の半導体素子と背中合わせになる形で搭載され、この半導体素子上の電極を有する辺の少なくとも１辺が前記第１の半導体素子より突出した第２の半導体素子と、
前記配線基板上の第２の電極と前記第２の半導体素子上の電極との間の電気的接続を行う金属細線と、
前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子と前記金属配線とを覆う形で前記配線基板上に形成された封止樹脂と、
外部接続用の金属バンプと
を有した積層型半導体装置であって、
前記第２の半導体素子における前記第１の半導体素子よりも突出した辺に形成された複数の電極の配列として、前記突出した辺の端部に近い複数の電極は、前記突出した辺の中心寄り部分に配列された電極よりも内側に配列されていることを特徴とする積層型半導体装置。
【請求項２】
第２の半導体素子上の電極が千鳥配列にて配置されており、
前記第２の半導体素子における前記第１の半導体素子よりも突出した辺の端部に近い複数の電極は、前記突出した辺の中心寄り部分に配置された千鳥配列の内側の電極と同一ライン上で部分的に周辺配置となっていることを特徴とする請求項１に記載の積層型半導体装置。
【請求項３】
第１の電極と第２の電極とがそれぞれ複数設けられた配線基板と、
前記配線基板に機能面が対向する形でフリップチップ搭載され、前記配線基板上の第１の電極と電気的な接続がなされた第１の半導体素子と、
前記第１の半導体素子と背中合わせになる形で搭載され、この半導体素子上の電極を有する辺の少なくとも１辺が前記第１の半導体素子より突出した第２の半導体素子と、
前記配線基板上の第２の電極と前記第２の半導体素子上の電極との間の電気的接続を行う金属細線と、
前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子と前記金属配線とを覆う形で前記配線基板上に形成された封止樹脂と、
外部接続用の金属バンプと
を有した積層型半導体装置であって、
第２の半導体素子における第１の半導体素子よりも突出した辺の端部に近い箇所に、複数のダミー電極を配置していることを特徴とする積層型半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の積層型半導体装置を製造する製造方法であって、
配線基板上の第１の電極と対向する形で配置された電極を有する第１の半導体素子をフリップチップにて実装する工程と、
前記第１の半導体素子と背中合わせで、接着材を用いて、前記第１の半導体素子よりも突出した辺を有する第２の半導体素子を搭載する工程と、
前記第２の半導体素子における前記突出した辺の端部近くに配置された複数の電極と前記配線基板上の複数の第２の電極とを金属細線により結線する工程と、
前記突出した辺の端部近くに配置された複数の電極の結線がなされた後に、前記第２の半導体素子の残りの電極と前記配線基板上の残りの第２の電極とを結線する工程と、
前記配線基板において、前記第１の半導体素子と、前記第２の半導体素子と、前記金属細線とを覆う形で樹脂成形する工程と、
前記配線基板における前記第１の半導体素子を搭載する面とは反対の面に、外部接続用の金属バンプを形成する工程と
を有することを特徴とする積層型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の半導体素子を積層した形の半導体装置とその製造方法に関し、特に、上に搭載された半導体素子が下に搭載された半導体素子よりも横方向に突出する姿勢で上に搭載された積層型半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置の高集積化、高機能化に伴って、複数の半導体素子を一つの半導体装置内に搭載した積層型半導体装置が提供されている。
この積層型半導体装置の１つの種類として、下に搭載される半導体素子をフリップチップボンディングによりその半導体素子形成部や電極が設けられた面（機能面と称す）を下側にして配線基板上に搭載するとともに、この半導体素子の背面（天面）上に、上の半導体素子をその電極（機能面）が上に向くように搭載し、上の半導体素子の電極と、回路基板上の接続用電極とをワイヤボンディングにより接続した構造のものがある。この種の積層型半導体装置では、上に搭載される半導体素子のサイズが下に位置する半導体素子のサイズよりも大きく、突出した構成を採用することにより、各半導体素子の電極を支障無く回路基板上の各接続用電極と接続でき、しかもワイヤボンディングの金属細線の長さを短くできるので、搭載する半導体素子のサイズ制限を緩和できて、積層型半導体装置として汎用性を広げることができる。
【０００３】
しかしながら、サイズの小さな下の半導体素子の上に、サイズの大きな上の半導体素子を単に載せただけの構造では、上に搭載された半導体素子における横方向に突出した部分に設けられた電極にワイヤボンドを行う際、片持ち姿勢となった端部を押圧するような状態となって、しっかりと固定されていない状態となりやすいために、接合不良を起こしやすく、歩留りが低下するという短所を有している。
【０００４】
そこで、このような不具合を改善するものとして、上に搭載された半導体素子の突出した部分の下にも樹脂等を充填して保持することにより、安定したワイヤボンドを可能にする構造および工法が特許文献１において提案されている。
【０００５】
以下、図５（ａ），（ｂ）を参照しながら、前記特許文献１に示されている積層型半導体装置について説明する。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、上面に第１の電極１ａと第２の電極１ａとがそれぞれ複数設けられた配線基板１上に、この配線基板１に対して機能面が対向する形で第１の半導体素子２がフリップチップ搭載され、第１の半導体素子２の電極部に接続されたバンプ３が前記配線基板１の第１の電極１ａと電気的に接続されており、さらに前記第１の半導体素子２と背中合わせになる形で第１の半導体素子２よりも大きいサイズの第２の半導体素子４が第１の半導体素子２上に搭載されている。前記第１の半導体素子２のフリップチップ実装にあたっては、配線基板１との間に絶縁性シート９を使用しており、この絶縁性シート９を、第１の半導体素子２の背面と同じ高さでかつ上に搭載される第２の半導体素子４の突出した部分に対応してはみ出させた形で形成させている。そして、配線基板１上の第２の電極１ｂと前記第２の半導体素子４上の電極４ｆと間の電気的接続を行う金属細線６を有し、第１の半導体素子２と第２の半導体素子４と金属配線６とを覆う形で配線基板１上に封止樹脂７を形成させている。配線基板１の下面には外部接続用の金属バンプ８が設けられている。
【０００６】
本構成の積層型半導体装置によると、第１の半導体素子２より突出した形で搭載された第２の半導体素子４の突出した部分を絶縁性シート９が下方から支持する構造となっていることにより、安定したワイヤボンドを行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−２９９４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、積層型半導体装置の小型化を進めていく中で前述の特開２０００−２９９４３１号公報に示されている構造を採用すると、第１の半導体素子２をフリップチップ実装する際に用いる絶縁性シート９の領域を、この領域の上に突出した形で搭載される第２の半導体素子４に合わせて大きくとる必要があるため、ワイヤボンドに用いる配線基板１上における第２の電極１ｂを配線基板１の中心からかなり離れた位置に配置せざるを得ず、すなわち、配線基板１の中心に近づけることが困難であり、その結果、積層型半導体装置の小型化に制限がかかるという問題を生じていた。
【０００８】
本発明は前記問題に鑑み、第１の半導体素子から突出した形で搭載された第２の半導体素子に対しても安定してワイヤボンドを行うことができながら、積層型半導体装置の小型化も可能となる積層型半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は請求項１に記載の積層型半導体装置を請求項４に記載の製造方法により製造する。すなわち、第１の半導体素子と背中合わせで、突出した辺を有する第２の半導体素子の、前記第１の半導体素子よりも突出した辺に形成された電極の配列として、前記突出した辺の端部に近い複数の電極は、前記突出した辺の中心寄り部分に配列された電極よりも内側に配列されており、前記突出した辺の端部近くにおいて内側に配列された電極から優先して金属細線による結線を行った後に、中心寄り部分の電極に金属細線による結線を行うことにより積層型半導体装置を形成する。
【００１０】
また、請求項２に記載の積層型半導体装置を請求項４に記載の製造方法により製造する。すなわち、第２の半導体素子上の電極を千鳥配列にて配置させており、前記第２の半導体素子における第１の半導体素子よりも突出した辺の端部に近い複数の電極は、前記突出した辺の中心寄り部分に配置された千鳥配列の内側の電極と同一ライン上もしくはより内側で部分的にペリフェラルな配置（周辺配置）となっており、前記突出した辺の端部近くにおいて内側に配列された電極から優先して金属細線による結線を行った後に、中心寄り部分の電極に金属細線による結線を行うことにより積層型半導体装置を形成する。
【００１１】
本発明の積層型半導体装置とその製造方法によると、第２の半導体素子の突出した部分に配置された端部近くの電極は、第１の半導体素子からのオーバハング量（突出量）がその辺の中心より部分の電極に対して大きくなることを防ぐため、中心寄り部分の電極に比べて内側に配置されている。これにより、金属配線による結線を行う際の安定性を向上することが可能であると共に、前述の端部近くの電極から金属細線による結線を先に行うことにより、突出した辺の中心寄りの電極に金属細線による結線を行う際には、端部近くの電極になされた金属細線の張力が結線中の半導体素子の挙動を抑制する方向に働き、この結果、安定した金属細線による結線を行うことができる。また、突出した辺を支持する部材が必要でないので、配線基板上に配置する金属細線結線用の電極配置の自由度を上げることができ、積層型半導体装置の小型化を行うことができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の積層型半導体装置を請求項４に記載の製造方法により製造する。すなわち、第２の半導体素子における第１の半導体素子より突出した辺の端部に、複数のダミー電極を配置しており、前記突出した辺の端部に配列されたダミー電極から優先して金属細線による結線を行った後に、中心寄り部分の電極に金属細線による結線を行うことにより積層型半導体装置を形成する。
【００１３】
この積層型半導体装置とその製造方法によると、端部近くのダミー電極から金属細線による結線を先に行うことにより、第２の半導体素子におけるダミー電極でない電極に金属細線による結線を行う際には、端部近くのダミー電極になされた金属細線の張力が結線中の半導体素子の挙動を抑制する方向に働き、この結果、安定した金属細線による結線を行うことができる。また、突出した辺を支持する部材が必要でないので、配線基板上に配置する金属細線結線用の電極配置の自由度を上げることができ、積層型半導体装置の小型化を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る積層型半導体装置及びその製造方法によると、配線基板側に配置された第１の半導体素子よりも突出した辺を有する形で積層された第２の半導体素子に対して、その突出部分を支持する部材を有することなく安定したワイヤボンドを行うことが可能であると共に、支持部材を設けなくても済むことより配線基板上の電極配置の自由度を上げることができ、この結果、積層型半導体装置の外形サイズを小さくすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る積層形半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、この積層形半導体装置においては、上面に第１の電極１ａと第２の電極１ａとがそれぞれ複数設けられた配線基板１上に、この配線基板１に対して機能面（半導体素子形成部や電極が設けられた面）が対向する形で第１の半導体素子２がフリップチップ搭載され、第１の半導体素子２の電極部に接続されたバンプ３が前記配線基板１の第１の電極１ａと電気的に接続されており、さらに前記第１の半導体素子２と背中合わせになる形で、第１の半導体素子２よりも大きいサイズ（この実施の形態では四辺とも第１の半導体素子２よりも突出している）の第２の半導体素子４が第１の半導体素子２上に搭載されている。そして、配線基板１上の第２の電極１ｂと第２の半導体素子４上の電極４ａ，４ｂとが金属細線６により電気的に接続され、第１の半導体素子２と第２の半導体素子４と金属配線６とを覆う形で配線基板１上に封止樹脂７が形成されている。また、配線基板１の下面には外部接続用の金属バンプ８が設けられている。なお、配線基板１上においては、第１の半導体素子２が接続される第１の電極１ａが、第１の半導体素子２の下方、すなわち、中央部寄り（内側寄り）位置に配置され、第２の半導体素子４が接続される第２の電極２ａが、第１の半導体素子２における辺に近い、外側寄り位置に配置されている。
【００１７】
ここで特にこの積層形半導体装置においては、この積層型半導体装置の封止樹脂７を形成する前の状態を平面視した図１（ｂ）に示すように、第２の半導体素子４における第１の半導体素子２よりも突出した辺に形成された電極４ａ，４ｂは、その配列が異なるように設けられ、突出した辺の端部（第２の半導体素子４の角部）に近い位置に設けられた複数の第１の電極４ａは、突出した辺の中央寄り位置に設けられた複数の第２の電極４ｂよりも、内側の位置（辺をなす面から内側に寄った位置）に配列されている。
【００１８】
また、図１（ｂ）に示すように、第２の半導体素子４の電極４ａ，４ｂが金属配線６を介して接続される配線基板１の第２の電極１ｂは、平面視して、第２の半導体素子４の電極４ａ，４ｂに近い位置に配設され、これに応じて、配線基板１も平面視して従来のものよりも小さいサイズのものが用いられている。
【００１９】
次に、本発明の第１の実施形態に係る積層形半導体装置の製造方法について図２を参照しながら説明する。
図２（ａ）に示すように、配線基板１上において、内側寄りに配置されている第１の電極４ａが設けられている領域については覆うが、外側寄りに配置されている第２の電極４ｂが設けられている領域については覆わないように、配線基板１上に絶縁性シート９を貼付ける。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、バンプ３が形成された第１の半導体素子２を配線基板上の第１の電極１ａと対向する形で熱圧着する。これにより、絶縁性シート９をバンプ３が突き破り、配線基板１の第１の電極１ａと第１の半導体素子２との導通がとられる。
【００２１】
ここで用いるフリップチップの方法としては、バンプ３上に導電性ペーストを転写して配線基板１の第１の電極１ａと接続した後、アンダーフィルを充填する方法や、導電性粒子を有するシートを用いて配線基板１の第１の電極１ａとの間の導通をとる方法や、絶縁性ペーストを用いて配線基板１の第１の電極１ａとの導通をとる方法や、金にてなされたバンプ３と金めっき処理が施された配線基板１の第１の電極１ａとを超音波を用いて接合した後にアンダーフィルを充填する方法などが使用可能である。
【００２２】
次に、図２（ｃ）に示すように、第２の半導体素子４を、第１の半導体素子２と背中合わせになる形で接着層５を用いて搭載させる。ここで用いる接着層５は、ペースト状のものやフィルム状のものを使用可能である。
【００２３】
次に、図２（ｄ）に示すように、第２の半導体素子４の突出した辺の端部近くに配置された第１の電極４ａと配線基板１の第２の電極１ｂとを金属細線６を用いて結線させる。
次に、図２（ｅ）に示すように、第２の半導体素子４における辺の中央寄り部分に配置された第２の電極４ｂと配線基板１の第２の電極１ｂとを金属配線６を用いて結線させる。
【００２４】
これらの金属細線６による結線の方法としては、金線を用いた超音波併用熱圧着ボンディングなどを用いる。
次に、図２（ｆ）に示すように、配線基板１と第１の半導体素子２と第２の半導体素子４と金属細線６とを覆って保護する形で封止樹脂７を用いて樹脂成形する。ここで用いる方法としては、エポキシ樹脂を用いたトランスファ成形や、印刷封止成形などが使用可能である。
【００２５】
次に、図２（ｇ）に示すように、外部接続用の金属バンプ８を搭載することにより積層型半導体装置が形成される。
この積層型半導体装置およびその製造方法によると、第２の半導体素子４の突出した部分に配置された端部近くの第１の電極４ａは、この辺の中央寄りに配置された第２の電極４ｂよりも内側に配置されており、第１の半導体素子２からのオーバハング量が小さくなっているので、前記第１の電極４ａが第２の電極４ｂと同じラインに配設されている場合に比べて、金属配線６による結線を行う際に偏った荷重が第２の半導体素子４に作用し難くなって安定性を向上させることができる。
【００２６】
また、前述した端部近くの第１の電極４ａを接続した後に、辺の中央寄りに配置された第２の電極４ｂを接続するので、この第２の電極４ｂの金属細線６による結線を行う際には、第１の電極４ａに結線された金属細線６の張力が、第２の電極４ｂの結線中において第２の半導体素子４の突出した部分の挙動を抑制する方向に働き、この結果、安定した金属細線６による結線を行うことができる。
【００２７】
また、第２の半導体素子４の突出した部分を支持する封止樹脂７などの部材を必要としていないため、配線基板１上の第２の電極１ｂの配置を、配線基板１の中心に近づけて設置することができ、これに応じて、配線基板１も平面視して従来のものよりも小さいサイズのものを用いることができて、積層型半導体装置の小型化を図ることができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る積層型半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図３に示すように、この積層型半導体装置においては、第２の半導体素子４上の電極４ａ，４ｂ，４ｃが千鳥配列にて配置されており、第２の半導体素子４の第１の半導体素子２よりも突出した辺の端部に近い複数の第１の電極４ａは、前記突出した辺の中心部分に配置された千鳥配列の内側の第２の電極４ｂと同一ライン上で部分的にペリフェラルな配置（周辺配置）となっている。なお、図３における４ｃは、前記突出した辺の中心部分に配置された千鳥配列の外側の第３の電極である。
【００３０】
この積層型半導体装置によると、第２の半導体素子４の突出した辺の端部近くの第１の電極４ａだけでなく、辺の中央寄りに配置された内側の第２の電極４ｂについても、この辺の中央寄りに配置された外側の第３の電極４ｃよりも内側に配置されており、第１の半導体素子２からのオーバハング量が小さくなっているので、第１の電極４ａおよび第２の電極４ｂが第３の電極４ｃと同じラインに配設されている場合に比べて、金属配線６による結線を行う際に偏った荷重が第２の半導体素子４にさらに作用し難くなって安定性を一層向上させることができる。
【００３１】
また、前述した端部近くの第１の電極４ａを接続した後に、辺の中央寄りに配置された第２の電極４ｂや第３の電極４ｃを接続することにより、これらの第２の電極４ｂや第３の電極４ｃの金属細線６による結線を行う際には、第１の電極４ａに結線された金属細線６の張力が、第２の電極４ｂや第３の電極４ｃの結線中において第２の半導体素子４の突出した部分の挙動を抑制する方向に働き、この結果、安定した金属細線６による結線を行うことができる。
【００３２】
また、第２の半導体素子４の突出した部分を支持する封止樹脂７などの部材を必要としていないため、配線基板１上の第２の電極１ｂの配置を、配線基板１の中心に近づけて設置することができ、これに応じて、配線基板１も平面視して従来のものよりも小さいサイズのものを用いることができて、積層型半導体装置の小型化を図ることができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る積層型半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図４に示すように、この積層型半導体装置においては、第２の半導体素子４の第１の半導体素子２より突出した辺の端部に近い箇所に、第２の半導体素子４の回路と電気的接合がなされていない複数のダミー電極４ｄが配置された構成となっている。
【００３５】
この積層型半導体装置によると、第２の半導体素子４の突出した辺の端部近くのダミー電極４ｄは電気的接合がなされておらず、前述のダミー電極４ｄから金属細線６による結線を事前に行うことにより、突出した辺の中心寄りの第２の電極４ｂに金属細線６による結線を行う際には、ダミー電極４ｄになされた金属細線６の張力が結線中の第２の半導体素子４の突出した部分の挙動を抑制する方向に働き、この結果、安定した金属細線６による結線を行うことができる。
【００３６】
また、第２の半導体素子４の突出した部分を支持する封止樹脂７などの部材を必要としていないため、配線基板１上の第２の電極１ｂの配置を、配線基板１の中心に近づけて設置することができ、これに応じて、配線基板１も平面視して従来のものよりも小さいサイズのものを用いることができて、積層型半導体装置の小型化を図ることができる。
【００３７】
なお、上記何れの実施の形態でも、第２の半導体素子４の４つの辺の何れもが第１の半導体素子２よりも突出している場合を述べたが、これに限るものではなく、第２の半導体素子４が第１の半導体素子２よりも突出する辺は少なくとも１辺であればよく、突出した辺についてのみ上記構成を用いることによって上記効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上説明したように、本発明は、第２の半導体素子が第１の半導体素子より一部突出する形で搭載された積層型半導体装置に適用できるものであり、突出した第２の半導体素子への安定したワイヤボンドを行いつつ、積層型半導体装置の小型化を図る方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る積層型半導体装置を示す断面図  （ｂ）は同積層型半導体装置の封止樹脂を設ける前の状態を示す平面図
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ第１の実施形態に係る積層型半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る積層型半導体装置を示す平面図
【図４】本発明の第３の実施形態に係る積層型半導体装置を示す平面図
【図５】（ａ）は従来の積層型半導体装置を示す断面図  （ｂ）は同従来の積層型半導体装置の封止樹脂を設ける前の状態を示す平面図
【符号の説明】
【００４０】
１    配線基板
１ａ  第１の電極
１ｂ  第２の電極
２    第１の半導体素子
３    バンプ
４    第２の半導体素子
４ａ  第１の電極
４ｂ  第２の電極
４ｃ  第３の電極
４ｄ  ダミー電極
５    接着層
６    金属細線
７    封止樹脂
８    金属バンプ
９    絶縁性シート
【図１】
2005353704.tif 000003
【図２】
2005353704.tif 000004
【図３】
2005353704.tif 000005
【図４】
2005353704.tif 000006
【図５】
2005353704.tif 000007